CN102287216A - 充氮控氧防治煤矿瓦斯事故方法 - Google Patents
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Abstract
充氮控氧防治煤矿瓦斯事故方法，在矿井下设置一段隔离间将有瓦斯的采掘空间进行封闭，使外界空气的氧气与采掘空间断绝；设气体监测监控系统，对氮气浓度和氧气浓度进行监测管理，对采掘空间的混合气体进行循环风流引导，利用气体监测监控系统对采掘空间混合气体的氧浓度进行管理，氧浓度超过5％发出预警信号，氧浓度达到或超过8％自控系统自动切断电源；在采掘作业空间设置一套充氮管道系统和瓦斯抽采管道系统，当某段巷道氧气浓度达到预警浓度启动充氮系统和瓦斯抽采管道系统对超限区域的气体进行置换，使氧浓度降到安全值范围；在隔离间内设置自动调温装置，调整隔离间与外界空气巷道的温差低5℃；能有效防治瓦斯事故。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下瓦斯事故的防治技术，尤其涉及充氮控氧防治煤矿瓦斯事故方法。
背景技术
煤矿瓦斯事故防治技术，传统的方法是在一定通风条件下，将大气引入采掘空间，通过对采掘空间的混合气体中的瓦斯浓度进行人员检查及设备监测监控，同时对井下引燃源进行控制的方法来防治瓦斯事故。但是对瓦斯浓度的控制效果较差，时有超限，引燃源也时有产生，故瓦斯事故频发，每年全国发生瓦斯事故导致的死亡人数在千人以上，因此瓦斯防治是煤矿安全生产的重点。本发明适用于：1、采掘自动化程度高的矿井生产条件；2、维修人员必须要携带氧气呼吸器进入作业空间。
发明内容
本发明提供了一种充氮控氧防治煤矿瓦斯事故方法，其目的是提高防治煤矿瓦斯事故安全性并创造一个节能、环保的生产条件。
技术方案如下：
1、在矿井下设置一段隔离间将有瓦斯的采掘空间与外界空气隔离，将采掘空间进行相对封闭，使大气中的氧气与采掘空间断绝联系。隔离间由两道密封性能良好的间距不小于20米的隔离门、相关调控设施及巷道组成，其空间由浓度不低于99％氮气源进行置换充填，充填后的隔离间气体氮气浓度按不低于95％进行管理。
2、采掘空间的主要介质在隔离间刚建成的开始阶段置换为氮气。随着采掘工作的进行，瓦斯(CH4)浓度不断增大，氮气(N2)浓度将不断下降。
3、安装一套气体监测监控系统对隔离间的氮气浓度和采掘空间的氧气浓度进行管理。
4、为防止隔离间的氮气浓度因各种因素下降至95％以下，对隔离间设置一个氮气浓度检测仪，通过气体监测监控系统进行管理。
5、为避免氧气(O2)有可能通过裂隙、水体、溶洞及采空区等途径介入采掘空间，造成氧气浓度超过安全限度而引发事故。对采掘空间的混合气体进行循环风流引导，利用气体监测监控系统对采掘空间混合气体的氧气浓度进行管理，当采掘空间混合气体氧气浓度超过预警浓度(5％)时能发出预警信号；当氧气浓度达到或超过安全限度(8％)时能自动切断超限区域的动力电源，保证安全生产。
6、氧气浓度的安全值的最终确定，应按以下条件进行模拟试验确定。
1)混合气体为甲烷与空气。
2)常温常压下相对湿度为60-80％。
3)引燃源温度650-750℃。
7、在采掘作业空间布置一套充氮管道系统和一套瓦斯抽采管道系统，当某段巷道氧气浓度达到预警浓度时，查明原因，进行处理；当某段巷道氧气浓度达到或超过安全浓度时，先自动切断超限区域的动力电源，再启动充氮系统和瓦斯抽采管道系统对超限区域的气体进行置换处理，使采掘空间的氧气浓度降到安全值范围。
8、对人员值班室(避难室)所专用的供气管道(或液化空气瓶)、排气管道的材质强度、连接件的密封性能等必须制定材质检测技术标准和施工安全质量标准，严禁在相对封闭的采掘空间内泄漏。
9、在隔离间内设置自动调温装置与氮气压力管路配合，以调整隔离间的温度及气体压力，防止外界空气进入。
10、进入隔离间及采掘空间的人员必须配带氧气呼吸器。
11、采掘生产过程中，严格执行“有掘必探，物探先行，钻探落实”的原则，对探明的各类隐患空间进行充氮降氧处理，严防特殊地质构造、采空区等因素导致氧气浓度超过安全限度而引发事故。
采用本技术方案的有益效果：
1、与传统的监控瓦斯浓度方法相比，本发明选择对氧气浓度进行控制，其对瓦斯事故防治的可控性远大于传统方法，可提高对瓦斯事故防治的安全性。
2、可降低突出矿井的防突指标，节约防突成本。
3、可简化采掘巷道系统，节约生产建设投资。
4、井工瓦斯矿井可实现无废气排放。
5、可对采掘空间的粉尘浓度、湿度作有效的控制，为自动化设备、设施的稳定运转创造良好气相条件。
附图说明
图1为本发明充氮控氧防治煤矿瓦斯事故方法平面布置示意图；
图中：1-外界空气巷道、2-隔离间、3-采掘空间巷道、4-靠近采空区一侧隔离门A、5-靠近大气一侧隔离门B、6-氧气浓度检测仪、7-氮气浓度检测仪、8-瓦斯抽采管道、9-充氮气管道、9.1-氮气三通自动阀门、10-专用抽出式排气管道、10.1-排气管三通自动阀门、11-调温装置。
具体实施方式
一、对采掘空间与外界的相对封闭方式
在采掘巷道已具备煤(矸石)仓进行运输衔接的条件下，在每处采掘作业空间与外界空间的交接处，构筑隔离间将其隔离起来，使外界空气不能进入采掘作业空间。具体操作如下：
一)一般要求
1、对煤仓上、下口之间加强管理，不得出现漏气、漏风现象，其存煤(矸石)量必须保持距煤仓放煤口不小于3米垂高，且对上、下口的气体温度进行自动调控，始终保持下口的气体温度低于上口温度5度以上。
2、隔离间2的隔离门通常保持关闭状态，人员、器材通过时，可自动开启、闭合。
3、两道隔离门4、5之间的距离不小于20米，开启后的净断面应满足最大入井设备的运输尺寸的需求。
4、在隔离间2敷设一套充氮管道9和一套专用抽出式排气管道10，充氮管道9、排气管道10的能力均按不小于15m3/min设置，在靠近采掘空间一侧的隔离门4处，将氮气充填管道9安设一付三通自动阀门9.1；安设专用抽出式排气管道10，在靠近外界空间一侧的隔离门5处设置其排气口，于门外设置排气管自动阀门10.1进行自动控制；充氮管道由三通自动阀门9.1控制，可于门外通过控制按钮开启与关闭。专用抽出式排气管道10排出的气体主要为氮气，排气口通向地面，其10米范围内不得有人员进入。
5、隔离间2的气体以氮气为主，并设置一台氮气浓度监测仪进行监测监控，使其浓度保持95％以上。当两道门之间气体的氮气浓度低于95％时，监控系统能自动报警，接到报警的有关管理人员必须同时开启氮气压力充氮管道9和专用抽出式排气管道10，将两道门之间的气体置换，使氮气浓度符合要求。
6、对进入隔离间的开关、带箱体的设备及其附属装置，必须开启氮气压力管道用氮气对其进行开盖吹洗；对管道内部管腔，必须压入氮气将其清洗。将可能随开关、设备及管道带入井下的空气在隔离间内吹洗干净。
7、对一切管道、线缆均设置预埋件于隔离门两侧的结构墙内穿过，隔离门及其墙体严禁漏气。
8、隔离间2内设自动温度调节设备11一套，可对两道门之间的气体温度与外界温度进行对比调控，在人员、设备(器材)进入门内前，启动调温设备进行温度调节，使隔离间2的气体温度与外界空气温度达到5度以上温差。
9、进入隔离间及采掘作业空间的人员必须配带氧气呼吸器。
二)实例一：
对于主要井筒布置在岩石坚硬、致密的围岩内的矿井，可在井筒与石门之间进行封闭，具体封闭方式如下：
1、在石门揭开第一层煤层前的10米法定线距离前，构筑两道密封性能良好的隔离门。
2、隔离间设自动温度调节设备11一套，可对两道门之间的气体温度与外界温度进行对比调控，在人员、设备(器材)进入门内前，启动调温设备进行温度调节，使两道门之间的温度低于外界温度5度以上。
3、人员、器材进入前，开启门内氮气压入管道，将氮气压入，增加门内的气体压力。使两道门之间变成温度低、压力大的状态，在人员器材进入过程中，可有效防止外界空气进入隔离间。
三)实例二：
1、对于沿煤层倾斜方向布置的井筒，则将隔离间设于围岩稳定、煤层瓦斯含量已变为高瓦斯区域的起始段。
2、通常情况下，由于隔离间的空间位置低于外界空气的位置，只须设置自动调温设备11一套，按5度以上的温差将隔离间的气体温度调低于外界空气温度，即可有效防止外界空气的进入。
3、特殊情况下，如隔离间的空间位置及采掘空间位置高于外界空气接触端面位置，则使用自动温度调节装置按5度以上的温差将隔离间的气体温度调高于外界空气温度，即可防止外界空气的进入。
二、监测监控方式
对采掘空间的氧气浓度和两道隔离门之间的氮气浓度，使用一套气体监测监控系统进行管理，参数设定按氧气浓度超过5％、氮气浓度低于95％为报警浓度；氧气浓度达到或超过8％为断电浓度。
在地面设立监控中心，监控中心由总站、工作主机、显示器及连接线缆组成。另设置一台备用机、显示器作备用。备用机的参数设置、修改必须与主机同步，保证工作主机出现故障后，可及时启动备用机进行监控。
在井下相对封闭的采掘空间内，按以下方式设置分站、布置氧气检测仪。
1、井下设两个分站进行氧气浓度的监测监控，对回采工作面及其运输巷设一个分站进行监测监控；另设一个分站对掘进工作面及其他巷道进行监测监控。
2、用引导风流对井下氧气浓度进行监测监控，引导风流的风速按0.15-0.25m/s进行设置。
3、的氧气浓度的监测监控可分段进行。各分段内的引导风流使用局部风机进行循环风流引导。风机的选型按通风距离、风筒直径及风量大小进行选择。
4、将掘进工作面及其100米范围内的采掘空间划为一段，设一台氧气浓度监测仪作为对掘进工作面氧气浓度的监测监控。
5、对回采工作面，将采面及运输巷转载刮板输送机的机尾附近20米范围划分为一段，在回采面下部(刮板输送机机头附近)设置一台氧气浓度监测仪作为对工作面氧气浓度的监测监控。
6、对其他采掘作业空间中的已掘巷道按500-1000米划分为一段，每段内按300-500米间距设置一个氧气浓度检测仪进行监测监控。
7、瓦斯检测仪按距底板0.3-0.8米高度位置安装。
8、所有采掘空间的巷道均需进行风流引导，局部洞室可安设引射器进行引导，不得出现无风流引导的死角。
9、为不影响运输与行人，并使各分段间不因风流方向问题造成对氧气监测监控的影响，在各分段之间设置气幕增阻隔离，保证各分段之间的风流交岔流动量不超过10％。
三：采掘空间氧气浓度超限的处理
1、对采掘空间的所有巷道(包括回采工作面)布置一套瓦斯抽采管道系统及一套充氮管道系统。
2、充氮管道系统可用氮气液化气瓶作为气源外接管道供气，也可采用专用氮气制气设备和压力管道系统配合供气，
3、瓦斯抽采系统的抽采能力按不小于30m3/min布置，每100m设置一个三通接头，接头设置自动阀门控制。
4、充氮系统的供气能力按不小于30m3/min设计，管道系统每100m设置一个硬质三通接头，与瓦斯抽采管道系统的三通接头交错50米，接头设自动阀门控制。
5、当某一区域发生氧气浓度超限需进行气体置换时，在启动氮气压入系统供气前，将超限区域与氮气源距离较近一端的氮气压入系统的三通自动阀门打开，先启动氮气压入系统进行氮气供给；再将另一端距超限区域最近的瓦斯抽放系统的三通阀门打开，其他阀门关闭启动瓦斯抽采系统，进行气体置换，直到氧气浓度降至安全浓度为止。
6、置换气体完成后，关闭氮气管道系统，恢复抽采瓦斯正常状态。
7、瓦斯抽采系统的抽采量需具备自动调控能力，应根据瓦斯涌出后产生的气体压力或密度的变化采用自动压力或密度监控设施进行有效控制，以适应大量气体突然涌出的变化，使采掘空间尽快恢复常温常压状态。
Claims (4)
1.一种充氮控氧防治煤矿瓦斯事故方法，其特征在于：A、在矿井下设置一段隔离间(2)将有瓦斯的采掘空间(3)进行相对封闭，使外界空气巷道(1)的氧气与采掘空间(3)断绝联系，隔离间(2)，是在巷道间距大于20米设两道密封隔离门(4.5)；B、安设一套气体监测监控系统，对隔离间(2)内的氮气浓度和采掘空间巷道(3)的氧气浓度进行监测管理，对采掘空间(3)的混合气体进行循环风流引导，利用气体监测监控系统对采掘空间混合气体的氧气浓度进行管理，氧气浓度超过5％发出预警信号，氧浓度达到或超过8％，自控系统自动切断超限区域的动力电源；C、在采掘作业空间设置一套充氮管道系统(9)和一套瓦斯抽采管道系统(8)当某段巷道氧气浓度达到预警浓度启动充氮系统和瓦斯抽采管道系统对超限区域的气体进行置换，使采掘空间的氧浓度降到安全值范围；D、在隔离间(2)内设置自动调温装置(11)与充氮气管道(9)配合，调整隔离间与外界空气巷道(1)的温差低5℃，防止外界空气进入；E、进入隔离间(2)及采掘空间(3)的人员必须配带氧气呼吸器；F、在地面设置监控中心，监控中心由总站、工作主机、显示器及连接线缆组成，并另设置一台备用机。在井下采掘空间内设置分站，布置氧气检测仪；G、在隔离间(2)设一套充氮气管道(9)和一套专用抽出式排气管道(10)，充氮气管道(9)设置在靠近采掘空间一侧的隔离门(4)处，专用抽出式排气管道(10)设置在靠近外界空间一侧的隔离门(5)处，两种管道上分别设有氮气管三通自动阀门(9.1)和排气管自动阀门(10.1)，用于氮气浓度低于95％时对隔离间的气体进行置换。
2.根据权利要求1所述的充氮控氧防治煤矿瓦斯事故方法，其特征在于：井下设两个分站对氧浓度监测监控，对回采工作面及运输巷设一分站监测监控，另设一个分站对掘进工作面及其他巷道监测监控，对井下氧气浓度的监测监控分段进行，用风速0.15-0.25m/s的循环风流对各段气体进行引导，以便对氧气浓度进行监测监控；将掘进工作面及其100米范围内的采掘空间划为一段，设一台氧气浓度监测仪；将回采工作面及运输巷转载刮板输送机的机尾附近20米范围划为一段，在回采面刮板输送机机头附近设置一台氧气浓度检测仪，对工作面氧气浓度进行监测监控；对其他采掘作业空间中的已掘巷道按500-1000米划分为一段，每段内按300-500米设一个氧气浓度检测仪；氧气浓度检测仪按距底板0.3-0.8米高度安装；在各分段之间设置气幕对风流进行增阻隔离，使各分段风流保持相对稳定；气幕增阻隔离做到各分段间风流交叉流动量不大于10％。
3.根据权利要求1所述的充氮控氧防治煤矿瓦斯事故方法，其特征在于：充氮气体用氮气液化气瓶作气源外接管道供气或采用专用氮气制气机与压力管道配合供气，供气能力按大于30m3/min设置，管道每100m设一个硬质三通接头与瓦斯抽采管道的三通接通交错50m，接头设自动阀门控制；瓦斯抽采管道系统的抽采能力按大于30m3/min设置；每100m设一个三通接头，接头为自动阀门控制。
4.根据权利要求1所述的充氮控氧防治煤矿瓦斯事故方法，其特征在于：氧气浓度安全值的确定：按a、混合气体为甲烷与空气；b、常温常压下，相对湿度为60-80％；c、引燃源温度650-750℃，按以上条件模拟试验确定氧气的安全百分浓度。
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